尼龙-12的性能

背景及概述^[1][2]

尼龙12 的初始原料是丁二烯，经过一系列中间步骤制造出尼龙12 的单体十二内酰胺，然后经过缩聚反应生成尼龙12。尼龙12 的分子式为：，-[NH-(CH₂)₁₁-CO]_n]-，由分子式可以看出，尼龙12 中的酰胺基团比例比一般的尼龙材料如尼龙 ’6、尼龙 66、尼龙612 等低，而正是酰胺基团的存在使尼龙这种工程塑料具有很多特殊性能，因此尼龙12 与其它尼龙材料性能有较大的不同。

尼龙12 中存在着非极性的亚甲基基团，而且数量很大，这使尼龙12 分子链的柔顺性较大；尼龙12 中的酰胺基团是极性的，且内聚能很大，它的分子之间可形成氢键，使分子的排列较规整。因此尼龙12的结晶度高，强度也较高。尼龙12(PA12)吸水率低，耐低温性好，气密性好，耐碱、油脂性能优良，耐醇类和无机稀酸以及芳烃的性能中等，力学性能和电性能亦好，且属自熄性材料。

当前被广泛地应用于汽车上的燃油管和刹车管、光纤护套，光电纤维涂层、运动器材以及食品包装。但是由于尼龙12与用量的尼龙6、66比成本太高，严重影响了其使用范围。如何能在维持尼龙12力学性能的基础上降低成本是扩大尼龙12应用所面临的重要问题。

性能^[1]

1）密度

尼龙 12 的相对密度仅为1.01-1.03，是所有工程塑料中最小的，这对减轻汽车质量，降低油耗有一定的作用。如果按单位体积比较，尼龙 12 在价格和性能上具有优势。

2）熔点

尼龙 12 的熔点为172-178℃，稍低于尼龙11，完全能够满足汽车燃油管和气制动管的工作环境温度要求。

3）吸水性

众所周知，尼龙制品的缺点就是吸水性大，尺寸稳定性难以保证。但是，由于尼龙 12 中亚甲基分子的增多，大大降低了亲水基团的影响，因此，尼龙 12 具有尼龙产品中最低的吸水率，这样就减小了制品因吸水而造成的性能和尺寸的改变，这使尼龙 12 具有很大的优势。吸水后，尼龙 12 的抗拉强度降低很小，而尼龙66和尼龙 6却有很大的变化。

4）抗冲击强度

抗冲击强度是一项重要的技术指标，对于经常暴露在空气中的尼龙 12 管，这项指标尤其重要。尼龙 12 在-20℃和-40℃下按标准进行试验，均无断裂现象，完全符合使用要求。尼龙 12 抗冲击性能十分优异。

5）低温性能

尼龙 12 的脆性温度最低，达-70摄氏度，因此，可广泛用于耐低温的部件。下表列出尼龙树脂的脆性温度：

6）柔韧性

增塑剂对尼龙 12 物理性能的影响集中表现在树脂的弹性模量上。尼龙 12 有三种基本类型的树脂，它们的主要区别是因增塑剂含量不同而形成了不同的柔韧性。随着增塑剂可萃取组分含量的增高，树脂的弹性模量降低。

7）低磨耗和低摩擦性能

尼龙 12 有优异的低磨耗和低摩擦性能及自润滑性能，因此尼龙 12 产品摩擦噪声很低。下表给出了尼龙 12 与其它塑料经泰伯圆盘试验得到的数值。

8）耐燃油性能

在汽车上，目前使用的含氧燃油、高芳烃燃油和酒精混合燃油会导致许多软管材料的分解。经试验，仅尼龙11、尼龙 12 和碳氟树脂弹性体可在此环境下使用。在汽车燃油的作用下，所有的尼龙都会溶涨，从而导致尺寸改变，尤其在含甲醇的汽油中，含有大量酰胺基团的尼龙如尼龙6比含有少量酰胺基团的尼龙如尼龙 12 % 溶涨量大很多。经研究发现，含15%甲醇的燃油对尼龙有很大的影响。

9）耐氯化锌溶液

氯化锌会出现在车底环境中。在一定的温度和湿度下，路上的盐分与镀锌钢板或含锌底漆发生反应，形成少量的氯化锌。氯化锌有很强的腐蚀作用，但尼龙 12 耐氯化锌溶液的能力很强。臭氧老化、紫外线照射、温度条件等等，都会带给零件不同程度的损伤，降低使用寿命。由于尼龙 12 中不存在容易受到臭氧进攻的 + 2 3 2 + 不饱和双键，因此不会发生臭氧老化问题。

另外，尼龙 12 的结晶度高，熔融温度高，其耐热稳定性也较好，添加热稳定剂后，耐热性能更是成倍提高。阳光照射时，其能量能够引起有机物的化学键断裂。而尼龙 12 中的C-H、C-O、C-N键的键能均很大，紫外线不足以破坏它们，只能破坏键能较小的C-C键；因此，在原料中添加适当的抗老化剂后，尼龙 12的抗紫外线性能十分优异。

应用^[1-4] 

尼龙12是一种长碳链聚酰胺，其亚甲基链较长，酰胺基密度低；具有密度小，熔点低，热稳定性好，分解温度高；耐低温，耐油，耐腐蚀，耐摩擦损耗等优良特性；广泛应用于汽 车系统管道、化工石油管道、液压传动系统。

尼龙12吸湿率低，可用于尺寸精密的电气零件、仪器仪表；具有良好的气体阻隔性、无毒，可用于食品、医药包装；具有优良的耐白蚁食害性，可用于电线电缆护套。总之，尼龙12以其优良特性，广泛用于国防、电子、通讯、机械、食品等工业，应用前景十分广阔。

1）可作铜、钢、橡胶的代用品，制造抗震耐磨的油管、软管。如汽车油软管、输油管、离合器软管、汽车燃料用管材等。
2）用于防水、耐低温光导纤维、电缆线护套及绝缘涂层。
3）用于生产轴承、齿轮等精密部件及电子电器元件。
4）用于密封性好的金属表面粉末涂层。
5）用于板材等一般挤压成型品及制造耐腐蚀的容器。
6）用于柔软性挤压成型品。
7）用于生产高级涂料和粘合剂。
8）用于食品和药品的包装薄膜。

制备 ^[5]

一种以长链氨基酸为单体制备尼龙12的工艺方法，包括如下步骤：

(1)初聚：将原料12-氨基十二酸和水按质量比为1：1-4投入反应釜中，然后依次加入原料质量0.01～1％的催化剂、0.05～0.5％的抗氧剂及0.08～5％的分子量调节剂，向反应釜中充入氮气，加热升温至170～190℃进行初聚反应，维持反应釜内压力为0.6～ 1.2MPa，同时启用反应釜的搅拌，反应时间为2～6h，预聚体的分子量为3000～8000；

(2)聚合：将初聚的物料转移到聚合釜中，启动聚合釜搅拌，加热使物料温度逐步升至220～250℃，调整聚合釜压力，保持与压力相匹配的脱水速度，待聚合釜压降到常压时；改抽真空维持聚合釜中负压-0.095～-0.08MPa，聚合反应时间为2～5h，聚合体分子量为15000～25000；

(3)增粘：向聚合釜中充入氮气至恒定压力，将自聚合工序的物料以恒定的速率泵 入双螺杆同向挤出机，调整螺杆的速度及各区的加热温度，调节螺杆真空度至恒定状态，待所有工艺参数稳定后，检测树脂熔指的一致性，并可视树脂特性要求，分子量控制为20000 ～35000，得到合格的尼龙12。

主要参考资料

[1] 尼龙12性能简介及其在汽车上的应用

[2] CN200610119505.5 一种新型尼龙12复合材料的制备方法

[3] 尼龙12短缺影响全球汽车生产

[4] 尼龙12的性能及开发应用

[5] CN201710675930.0 一种以长链氨基酸为单体制备尼龙12的工艺方法